Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА I. ТЕОРИЯ СШН-ЮЛЯШЗОВАННОГО КВАНТОВОГО ГАЗА 26
1. Термодинамические вириальные разложения, магнитомеханический эффект 27
2. Функция распределения 35
3. Коллективные эффекты и кинетическое уравнение 39
4. Слабозатухающие спиновые волны, спектр колебаний 52
5. Обобщенная восприимчивость, магнитный резонанс 70
6. Магнитный формфактор и дальние спиновые корреляции 82
7. Сильнозатухающие диффузионные моды 97
8. Спиновая поляризация и интеграл столкновений. 109
9. Спиновые волны в адсорбированном н 115
ГЛАВА II. БИНАРНЫЕ КВАНТОВЫЕ ГАЗЫ 122
1. Однородный магнитный резонанс: феноменологические уравнения 123
2. Термодинамические функции и вириальные коэффициенты 126
3. Вириальное разложение функции распределения. 137
4. Магнитный резонанс: метод кинетического уравнения 140
5. Спиновые волны и устойчивость однородного состояния 150
6. Пучковые колебания и неустойчивости 155
ГЛАВА III. БИНАРНЫЕ КВАНТОВЫЕ ГАЗЫ С ЭЛЕКТРОННОЙ КОМПОНЕНТОЙ 159
1. Спонтанный ферромагнетизм в слабоионизованном максвелловском газе 161
2. Волны зарядовой плотности 166
3. Кинетические уравнения, диэлектрическая проницаемость 170
4. Спиновые волны в магнитном поле, парамагнитный резонанс 173
5. Ридберговские атомы в атмосфере постороннего газа 179
6. Электронные состояния над поверхностью жидкого гелия 187
7. Полумагнитные полупроводники 190
8. Коллективные явления в невырожденном электронном газе 198
ГЛАВА VI. КОЛЛЕКТИВНЫЕ МОДЫ В ЖВДКОМ 3Не 201
1. УСЛОЕИЯ устойчивости, температура магнитного упорядочения 203
2. Распространение поперечного нуль-звука 207
3. Подавление поперечного нуль-звука магнитным полем 216
4. Спиновые ЕОЛНЫ и корреляционные функции 222
5. Термодинамика магнонов 231
6. Высокотемпературный спонтанный ферромагнетизм 234
ГЛАВА У. КВАНТОВЫЕ РАСТВОРЫ 3Не - 4Не 243
1. Магнитокалорический эффект, транспортные
явления 244
2. Спиновые волны в больцмановском растворе. 251
3. Концентрационное подавление спиновых волн 254
ГЛАВА VІ. СВЯЗАННЫЕ СОСТОЯНИЯ ПРИМЕСНЫХ ВОЗБУЖДЕНИЙ В
СВЕРХТЕКУЧЕМ ГЕЛИИ 260
1. Энергия связи и термодинамика димеров 261
2. Фазовые переходы в двумерном ( He)g 267
3. Пороговое поглощение звука 271
4. Локализация примесей на электрических зарядах 275
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .281
ЛИТЕРАТУРА 2
Введение к работе
Взаимодействие частиц играет очень важную роль в физике конденсированного состояния. Эффектами взаимодействия определяется широкий круг коллективных явлений в конденсированных средах. Именно большим вкладом взаимодействия между частицами объясняются резкие различия свойств плотных конденсированных систем от аналогичных характеристик разреженных газообразных сред. Количественное описание сильно неидеальных систем представляет собой весьма сложную задачу. При достаточно низких температурах очень плодотворной оказывается концепция элементарных возбуждений -квазичастиц, которая дает возможность строго и последовательно, исходя только из первых принципов, вычислить все макроскопические характеристики системы. Особенно успешным оказалось применение этой концепции при построении теории квантовых жидкостей, которая является, фактически, основой квантового описания макроскопических тел. В квантовой бозе жидкости, каковой является, например, сверхтекучий Не, число квазичастиц по мере понижения температуры стремится к нулю, так что при низких температурах плотность элементарных возбуждений заведомо мала и в первом приближении их можно рассматривать как идеальный бозе - газ. При необходимости взаимодействие квазичастиц может быть учтено в следующих приближениях методами теории возмущений. С другой стороны очень часто в фермиевских системах число элементарных возбуждений фиксировано и не зависит от температуры, так что, если плотность квазичастиц достаточно велика, то взаимодействие между ними играет самую существенную роль и пренебрегать им ни в коей мере нельзя. Последовательное квантовомеханическое описание макроскопических свойств фермижидкости, например, нормального e, и микроскопическое обоснование теории были предложены в фундаментальных работах Ландау /1-3/. Принципиально важными моментами теории Ландау являются утверждения о том, что классификация энергетических уровней квантовой ферми - жидкости остается такой же, как и в идеальном вырожденном ферми - газе, а спектр отдельного элементарного возбуждения является функционалом функции распределения всех квазичастиц. В этом смысле можно говорить о существовании в фермиевской жидкости квантового самосогласованного доля
всех частиц системы. Наличие такого самосогласованного поля, т.е. функциональная зависимость между энергией квазичастицы и функцией распределения возбуждений, не только очень сильно влияет на термодинамику ферми - жидкости, но и приводит к существованию в ней широкого круга коллективных высокочастотных явлений, таких, как нуль - звуковые колебания и спиновые волны, которые обусловлены исключительно взаимодействием между частицами и принципиально невозможны в идеальном ферми - газе. Самую заметную роль для коллективных явлений в ферми - жидкости играют процессы взаимного рассеяния квазичастиц на нулевой угол. При количественном описании именно амплитуда рассеяния вперед линейным образом осуществляет функциональную овязь между энергетическим спектром и функцией распределения возбуждений. При этом все основные положения и предсказания теории ферми - жидкости справедливы и строго обосно-ваны только при достаточно низких температурах - в области сильного квантового вырождения.
До сих пор обычно считалось, что квантовые коллективные явления, такие, как высокочастотные осцилляции и спонтанное магнитное упорядочение, присущи только достаточно плотным системам, в которых радиус межмолекулярного взаимодействия сравним со средним расстоянием между частицами. Бели же речь шла о системе частиц низкой плотности, т.е., фактически, о разреженном газе, то традиционная точка зрения сводилась к тому, что коллективные явления там могут существовать лишь при условии квантового вырождения газа. Однако, в последнее время стало ясно, что даже в системах низкой плотности и при высоких температурах, значительно превышающих температуру квантового вырождения, т.е. в объектах, которые традиционно описывались методами классической статистической физики, возможно проявление существенно квантовых эффектов. Очень важно, что многие из них в количественном отношении характеризуются не малыми квантовыми поправками к классическим эффектам, а представляют собой основной вклад в описание физического явления, которое в этом смысле не имеет классического аналога. Круг таких явлений оказывается довольно широк: от специфических колебаний намагниченности до термодинамически равновесных структурных и магнитных фазовых переходов. Подобные эффекты, весьма нетривиальные для газа, частицы которого подчиняются статистике Больцмана-Максвелла, привлекают к себе все большее внимание как теоретиков, так и экспериментаторов, тем более, что существование некоторых удивительных явлений было недавно подтверждено экспериментально.
